林黃楊

摘要：培養(yǎng)學生開放式自主實驗能力是科學課程改革關注的一個焦點，也是實施素質(zhì)教育中的一個深層次問題。本文根據(jù)傳統(tǒng)科學實驗的特點和學生以往實驗的實際情況，就如何多渠道地培養(yǎng)學生的開放式自主實驗能力作粗淺的探索。

關鍵詞：科學實驗；開放式自主實驗能力；培養(yǎng)策略

中圖分類號：G632.0 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711(2014)07-0071

全國展開新教材實驗，玉環(huán)也已成為第三批新教材實驗區(qū)。新教材的設計新穎，生活化氣息濃，實驗設計圖文并茂，探索性強。但傳統(tǒng)意義上實驗多為“驗證型”的概念，實驗被異化為“照方抓藥”。因而使人產(chǎn)生“實驗僅僅是一種手段”、實驗是為教學“服務”的錯覺，而忽視了科學實驗所蘊涵的思想性、發(fā)展性、探索功能。特別是當前有些農(nóng)村初級中學實驗配備相對滯后，儀器陳舊。這些因素的存在，也為傳統(tǒng)科學實驗的生存提供了肥沃的土壤。傳統(tǒng)科學實驗的存在導致了學生在實驗過程中產(chǎn)生了以大容量、機械化操作替代了探索性操作的傾向，使學生對實驗探索性的思維培養(yǎng)、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)、智力的開發(fā)與能力的提高受到了很大的限制。尤其是農(nóng)村初中學生信息閉塞，實驗基礎設施簡陋。在此基礎上進行的傳統(tǒng)科學實驗，更是大大限制了農(nóng)村學生的創(chuàng)造性和探索性思維，也不適應社會的發(fā)展和需求。因而在農(nóng)村初中開展科學開放式自主實驗的開發(fā)和研究具有很重要的意義。

開放式自主實驗是指實驗中減少指令，提供學生獨立思考，積極探索，從多方面多角度自主探求的實驗。充分發(fā)揮學生的才智，不斷地進行實踐、創(chuàng)新。另外，開放式自主實驗面向每個學生的個性發(fā)展，尊重每個學生的特別需要。實驗活動方式等多方面都具有開放式自主的特點。尤其在農(nóng)村初中研究開放式自主實驗，可以在克服農(nóng)村中學實驗設備簡陋的基礎上，培養(yǎng)農(nóng)村學生進行獨立思考積極探索的能力。開放式自主實驗，鼓勵學生從多角度、多方面的探索實驗，促進學生在實驗中培養(yǎng)自主探索精神、創(chuàng)造性精神。農(nóng)村初中學生畢業(yè)后，有相當一部分學生回到農(nóng)村第一線，直接為當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展服務，他們是否具有科學素養(yǎng)，是否具有創(chuàng)新精神，將直接影響農(nóng)村的發(fā)展進程。

為了明確學生傳統(tǒng)實驗中主動參與性和思維品質(zhì)情況，采用問卷形式調(diào)查傳統(tǒng)實驗的情況，下表即為調(diào)查表：

開放式自主實驗問卷調(diào)查表

1. 對于科學課堂教學實驗你喜歡哪一種實驗方式？()

A. 教師單獨演示B. 個別學生參與演示C. 分組實驗

2. 在學習過程中遇到疑問你如何解決？()

A. 查資料B. 問老師 C. 通過實驗來解決

3. 在做分組實驗時，你喜歡按怎樣方式進行？()

A. 照方抓藥(按設計好的步驟機械操作)

B. 自主設計，自主完成

4. 請任選一個任務進行設計實驗。(1)請設計實驗證明二氧化碳密度比空氣大。(2)請設計實驗來說明如何用水來做一面凸透鏡。

5. 試一試請把直尺放在桌面上，用一只手按住直尺，并使直尺的大部分伸出桌面，以保證伸出桌面的直尺能夠震動。

改變伸出桌面的長度時，發(fā)生了什么變化？

當你耳朵貼近桌面時，聲音發(fā)生了什么變化？

通過本次開放式自主實驗問卷調(diào)查，在問卷第一題中選Ｂ、C的學生占70%，在問卷第三題中，大部分同學都選擇自主設計，自主實驗。這說明在學生的心底有著強烈的自主實驗的愿望。而在第四題和第五題的問題的做答中可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的同學自主實驗的能力是很弱的。因此，在農(nóng)村初中實行對科學開放式自主實驗能力的培養(yǎng)很有必要。

一、開放式自主實驗類型

1. 讓學生參與“演示實驗”

(1)演示實驗是科學教學中常用的直觀教學手段，它能使學生加深記憶，便于學生理解和掌握。教學中教師除了要重視演示實驗的直觀性和操作的規(guī)范外應注意以下幾點：

科學實驗基本操作學完之后，一些簡單的演示實驗應讓學生參與動手操作。初中課本中，多數(shù)演示實驗的操作都不太難，在教師的指導下完全可讓學生自己去做。如在學習二氧化碳的實驗室制法時，，由于學生已具備了實驗室制取氫氣和氧氣的基礎，在引導學生分析完實驗室制取二氧化碳的方法后，筆者就放手讓學生進行實驗操作，教師細心觀察學生的操作并做個別指導。這堂課學生學習積極性很高，比筆者在講臺上演示，學生只觀看的效果要好得多。再如學習《溶液》一章時，概念多，條件多，學生不易理解和掌握，對進行溶液計算的教學造成很大困難。針對這一點，筆者采用了讓學生參與演示實驗的教學方法：凡有關概念和計算的實驗一律讓學生動手去做，教師只是恰當?shù)囊龑W生分析，使學生掌握概念的內(nèi)涵和外延及規(guī)律。由于是學生自己發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，所以理解掌握得比較深刻，產(chǎn)生了良好的教學效果。

另外，對一些較難操作或有危險性的演示實驗，如一氧化碳還原氧化銅的實驗，由于一氧化碳有毒，又是可燃性氣體，在實驗過程中如果操作不當很容易出現(xiàn)危險。這種實驗可讓學生在教師的精心指導下進行或不讓學生進行這些操作。但是，為了更好地讓學生掌握知識，我們就要創(chuàng)設條件將實驗改進然后讓學生去做。筆者在講一氧化碳的還原性時，為了進一步加深學生對一氧化碳還原性的認識，筆者將一氧化碳和氧化銅反應進行改進并指導學生做了以下實驗：先說明在酒精燈的內(nèi)焰和焰心處，由于酒精跟空氣接觸不充分，酒精發(fā)生不完全燃燒生成一氧化碳。然后指導學生將鋼絲在酒精燈外焰部位加熱一會兒后，趁熱移至酒精燈的內(nèi)焰或焰心處，觀察銅絲表面顏色的變化(現(xiàn)象為銅絲在外焰加熱時表面由亮紅色變?yōu)楹谏浦羶?nèi)焰或焰心處又變成紅色)，并解釋原因。這就使學生牢固地掌握了一氧化碳的還原性。

(2)要注意做對比實驗。演示實驗中除了要注意排除干擾因素外，還要注意靈活運用對比的方法，做對比實驗。如在演示泡沫滅火器原理的實驗時，筆者先向吸濾瓶中注入1/3體積的水，然后倒轉，學生觀察到：水很難從側管流出。然后取下瓶塞，將水倒出，再加入碳酸鈉濃溶液，放入盛濃鹽酸的小試管，蓋好瓶塞迅速倒轉。學生觀察到從側管噴出大量的泡沫。這樣一對比，學生自然容易想到：瓶內(nèi)的壓強增加了，從而得出“瓶內(nèi)兩種物質(zhì)能相互反應，短時間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體”的結論。另外，氫氣、木炭、一氧化碳的還原性實驗；實驗室制取氧氣、氫氣、二氧化碳的實驗等都具有很強的對比性，在學完這些內(nèi)容后，應重新演示一遍，引導學生進行對比。這樣，不僅能使學生更加牢固正確地掌握這些內(nèi)容，且在無形中也學會了一種好的學習和研究方法——對比法。

2. 分組實驗和邊講邊實驗

(1)靈活恰當?shù)夭捎梅纸M合作實驗。不管哪種教學形式都有其優(yōu)缺點，必須從實際出發(fā)，系統(tǒng)地考慮課程的性質(zhì)和內(nèi)容特點，靈活適當?shù)牟捎梅纸M合作實驗，讓學生在積極、主動、輕松自如的氣氛中學習，使學生的個性得到充分的發(fā)展。如新實驗，如果內(nèi)容較容易理解的，則可以放手引導學生自我設計，并根據(jù)學生設計實驗盡可能提供實驗器材。小組內(nèi)組員互相合作進行實驗；相互找出實驗錯誤的地方和原因，及時改正；互相小結實驗心得，小組長作總結。各組派代表發(fā)言，講述了本組中存在的疑問或主要錯誤的地方。教師則根據(jù)這些信息作指導和總結。發(fā)揮了學生的實驗操作能力。如果實驗內(nèi)容較抽象，難理解，則引導學生通過小組合作，通過動手操作，動口討論，動腦筋想辦法去解決、理解新實驗。在教師適當?shù)囊龑?，讓學生以小組為單位，發(fā)揮集體的智慧去探索新知。讓每一個學生的聰明才智在小組中表現(xiàn)，讓學生相互學習，相互啟發(fā)，最后取得共識，設計實驗步驟。在此基礎上，教師根據(jù)學生自學的情況，引導學生從不同的角度，不同的思維方式去理解實驗，加強對實驗的認識。然后再引導學生利用實驗解決實際問題，進一步鞏固了實驗，在實驗中不斷成長。

(2)推行“開放式主題實驗”。很多學生在做完某個實驗后還“意猶未盡”，又想新的“名堂”，但苦于常規(guī)安排，不知不覺中失去了再實際和再發(fā)展的機會。所以有必要推行“同主題擴展實驗”活動。具體辦法是：在某一“學生實驗”做后的一周內(nèi)，圍繞該實驗主題，由學生進行適當擴展，并填好《主題實驗擴展申請表》，經(jīng)教師審批后，與實驗室聯(lián)系，安排時間進行實驗。

(3)做好實驗安排，放手讓學生自主實驗。做好實驗安排，既要考慮實驗時間，又要考慮實驗內(nèi)容，時間的安排要與實驗冊上實驗配合，要根據(jù)學生掌握的知識和具備的能力的實際情況來安排實驗，因為充分準備是實施“自主實驗”的根本保障。

學生要有熟悉實驗冊上實驗操作的充分時間，特別是對在基本儀器使用更要熟悉。學生在實驗前要見到儀器，因此教師要一方面通過開放實驗室讓學生認識儀器，另一方面必須讓學生事先要求提供的哪些器材實驗做好充分的準備。如：天平、螺旋測微器、電表等的使用，經(jīng)過多次實驗的重復出現(xiàn)，學生就能逐步熟悉，懂得其中的奧妙，達到應用自如。實驗前要達到明確實驗目的、內(nèi)容、原理、方法以及注意事項等，預習做的好，在實驗中獲得的體會就較為深刻，最關鍵的、最本質(zhì)的問題也才能領會得更深刻，并且還可能發(fā)現(xiàn)新的問題。

自主實驗要注意加強師生之間、學生之間的合作，在和諧愉快的氣氛中，盡量調(diào)動學生進行實驗的主動性和創(chuàng)造性。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“提出一個問題往往比解決問題更重要，因為解決問題，也許是一個數(shù)學上或?qū)嶒炆系募寄芏?，而提出問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，都需要有創(chuàng)造想象力，而且標志著科學真正的進步。”故在實驗中，要學生善于發(fā)現(xiàn)問題與提出問題，探索問題與解決問題。例如：學生提出改進實驗或設計新的實驗，以探索新的問題；要針對學生實驗操作的情況及提出的問題，提出補充問題。要求學生回答或者再做某些補充實驗操作，要當面對每個學生進行實驗講評以及成績評定，指出學生掌握知識和實驗操作、實驗修養(yǎng)等方面的優(yōu)缺點。

3. 推行“研究型小組”式的自主實驗

對于一些有志于科學學習和研究的學生，上面的實驗難以滿足其要求，因而要結合“研究性學習”和學生實踐活動，組織“研究小組”，試行“亞研究”式的學生小組自主實驗活動，實驗活動實行申請審批制，學生4人一組提出實驗項目，填寫申請表，教師審批后，每組中分成兩小組進行實驗提高報告。實驗后，由教師組織討論、交流，以共享實驗成果。

“研究性小組”式實驗是一種以小組為單位，通過分工協(xié)作、互相交流、綜合概括，從而獲得知識的過程。在這個過程中，有學生獨立思考和操作，而且有學生之間的信息交流和競爭，更有學生之間的互相幫助，互相學習。因此，學生不僅在知識上，而且在情感處；在合作技能，互相理解尊重、寬容，以及互相學習等方面都得到提高。

由于我們所要研究的問題，需要通過實驗來完成。這就需要在小組合作實驗的過程中，每個人每個小組在自己組內(nèi)都要承擔一定的任務，并且要分工明確，目標一致。在這個多元互動合作研究過程中始終有一個主旋律，那就是個動與小組不斷轉換進行，個人與小組不斷共同提高，共同發(fā)展，這就必須體現(xiàn)在一個項目的小組合作研究中，針對發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、探索問題、解決問題、體驗問題等。

二、開放式自主實驗的意義

1. 學生對科學實驗的興趣得到了提高

經(jīng)過一年的開放式自主實驗的實施，學生對科學實驗的興趣有了很大的提高。除了科學實驗本身的特點外，我們所采用的“學生參與實驗”，“分組實驗”等形式的實驗，尤其是讓學生“全權負責”演示實驗的演示。學生都表示出了很大的興趣，爭先恐后的要求自己來演示。因為在每次演示時教師給予學生很大的“自由空間”。學會上的實驗壓力沒有了。實驗素質(zhì)得到了很好的培養(yǎng)。即使是成績差的學生，也很能積極的參與演示。因為這種形式的實驗對動手能力的也往往大于對知識的要求。另外學生分組實驗中，“逃脫”了實驗冊的束縛，可以自行設計實驗步驟，并能在實驗中很好的滲透自己的思想。無論最終實驗是否成功，學生做的是“自己的實驗”。且實驗后不斷反思和總結，并最終獲得成功。在“任務型”實驗中，給出一個需要驗證的問題，由小組自我設計實驗方案。小組成員在“自由空間”中，通過相互合作，不斷探究，最終在實驗中解決了問題。體會到了成功的喜悅，從而也提高了學生對實驗的興趣。

(1)通過對各類科學實驗設計，不斷提高了學生的思維能力。從科學實驗設計能力的特點我們可以看出，實驗設計是一個從認識到實踐，在實踐中提高學生的思維能力的過程，它具有如下的作用：

①實驗設計可以激發(fā)學生的探索興趣

學生根據(jù)所學的生物知識和實驗技能，獨立地或在教師的指導下設計出實驗方案，成功地解決了問題時，會產(chǎn)生成功后的喜悅，會激發(fā)產(chǎn)生對知識追求的一種深層次的動力，并上升到探究實驗的興趣。

②實驗設計可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力

實驗設計本身就是一個綜合運用所學知識和技能構思解決問題方案的過程。在這個過程中，可以從不同的角度、不同層面，采用不同方法進行設計，其中必然蘊涵著對學生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和訓練。如針對“酶具有催化作用”這個設計主題，由于題目沒有說明使用何種“酶”進行設計實驗，學生分別采用熟悉的酶如植物淀粉酶、唾液淀粉酶等來設計實驗，形成了不同的設計方案而得出相同的結論——酶具有催化作用。

另外，實驗設計不是憑空想象、主觀臆造。在進行實驗設計時，要考慮設計方案的可行性和可操作性，從該點上來看，無疑也是對學生實踐能力的培養(yǎng)。

③實驗設計可以強化學生的科學素質(zhì)

學生運用生物知識和技能進行實驗設計的過程中，必須對設計問題的每一個環(huán)節(jié)、每一種手段細致地分析研究和綜合地比較，這有助于學生形成嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的科學態(tài)度。同時在進行生物實驗設計中，學生除了應具備一定的生物知識和實驗技能外，還需要掌握各種科學方法，如觀察、記錄、資料整理、數(shù)據(jù)分析、歸納總結、形成結論等，這對于培養(yǎng)學生運用科學方法解決實際問題有很好的促進作用。

④學生具有了自主實驗的能力和習慣

通過開放式自主實驗的研究，學生具有了自主實驗的能力和習慣，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力提高了，動手能力增強了，許多問題可以由學生自己通過自學和實驗得到解決，教師則把精力放在重點、難點問題上，引導學生去攻堅。隨著自主實驗能力的提高，學生做實驗的速度加快了，使教學進度得以加快，“注意創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)”得以進一步落實?？傊?，培養(yǎng)學生自主實驗的能力，不僅僅是提高教學質(zhì)量的重要措施之一，更重要的是實施素質(zhì)教育的問題，是培養(yǎng)人才的問題，是民族創(chuàng)新的問題，理所當然應該引起我們的重視。

2. 開放式自主實驗中教師應具備的作用。通過對開放式自主實驗的研究，我們發(fā)現(xiàn)教師應具備以下幾點作用：

(1)教師要協(xié)調(diào)實驗中的各種關系，創(chuàng)設良好的實驗氣氛，調(diào)動學生的實驗積極性采用“分組實驗”，教師必須先分配好小組的成員，小組長，小組組員的分工等，同時要協(xié)調(diào)好小組內(nèi)學生之間、小組與小組之間、教師與學生之間的關系，必須從有利于學生全面發(fā)展的著眼點出發(fā)，有目的、合理地分配小組成員，選擇恰當?shù)慕M長。應該做到使小組內(nèi)有一種團結協(xié)作的精神，有一促進互相信任，互相學習，大膽、公平競爭的氣氛。小組與教師之間應該有互相信任，平等交往的關系。前蘇聯(lián)霍姆林斯基曾說過：“只有學的好，才能好好學?！币虼耍@要求教師發(fā)揮主導作用，協(xié)調(diào)好實驗中的各種關系，創(chuàng)設良好的實驗環(huán)境，盡可能提高實驗的效果。

(2)教師必須要具備較高的實驗素質(zhì)。首先，當小組設計好實驗方案上交教師審核時，只有具備了較高實驗素質(zhì)的教師，才能對各種實驗方案進行審核。如哪些小組的實驗方案具備可行性，哪些實驗小組方案可行性較差，哪些實驗小組方案中提到的器材實驗室需補充。哪些實驗小組方案不具備可行性。如有一實驗小組提出如下實驗方案來研究二氧化碳密度大于空氣密度：

在此申請表中我們發(fā)現(xiàn)，實驗設計步驟中的第二步把二氧化碳注入氣球這一操作，對于儀器的要求很高。而且操作起來難度很大，教師應給予慎重審核，這就要求教師具備對實驗操作具有高度把握性，要求教師的實驗素養(yǎng)不斷地更新。

三、存在的問題

1. 有些學生在開放式自主實驗過程中，由于意志品質(zhì)不堅決，自制能力差，做事有始無終，丟三落四，在實驗中主要表現(xiàn)為：實驗用品、材料亂放亂丟，實驗結束后不清潔整理，實驗報告不及時填寫，不能養(yǎng)成良好的實驗習慣。對于這些學生，在實驗時要進行“人盯人”戰(zhàn)術，迫使其“循規(guī)蹈矩”；實驗結束后要適時提問，引起思考，達到培養(yǎng)分析和解決問題能力的目的，養(yǎng)成始終如一的實驗習慣。

2. 有些學生往往在實驗結束后把完成一個“實驗報告”當成一個實驗的終結，而所謂的“實驗報告”也僅僅是流于形式，抄抄寫寫。寫一些化學方程式，寫一些實驗現(xiàn)象就完事大吉，根本沒有在實驗中反思和體驗。這樣，學生做完實驗在短期內(nèi)就會把實驗原理、操作流程忘得一干二凈，使實驗收效甚微。

3. 實驗器材無法充分保障。在學生所設計的實驗方案中涉及到的器材，實驗室往往很難提供。因為實驗所能提供的器材是非?！罢y(tǒng)化”的器材，而開放式自主實驗中所需要用到的器材，往往是“邊緣性”的器材。這給實驗帶來了很大的難度，時下還需在器材上進行拓展和延伸。